杉木采伐地营造不同树种人工林对土壤碳氮循环过程的影响

【摘要】本研究地点在福建省南平市峡阳国有林场(26°48’N,117°58’E)。以二代杉木林采伐迹地上营造的19年生米老排(Mytilarialaosensis)和杉木(Cunninghamialanceolata)人工林为研究对象,采用完全随机区组设计方法,设置8个20m×30m的试验小区,其中4个小区为米老排人工林,4个小区为杉木纯林,初植密度均为每公顷2500株。米老排小区和杉木林小区相互毗邻,中间有一个缓冲带(大于10排树木)。通过对两个树种人工林之间地上、地下生物量和碳氮储量,0-20cm层土壤基本理化性质,土壤呼吸和氮矿化月动态,土壤微生物生物量和群落结构进行分析比较,探讨在杉木林采伐迹地上营造阔叶树和杉木林后土壤碳氮循环过程的变化。主要结论如下：(1)米老排林地枯枝落叶层现存量、碳和氮储量分别是杉木林的1.6、1.5和1.5倍。米老排林地年凋落物量为9.50t.hm-2,是杉木年凋落物量(4.31t.hm-2)的2.2倍。米老排凋落叶氮含量较高,C/N比值低于杉木林,分解较快。米老排细根生物量是杉木林的1.3倍,其中米老排细根主要集中在0-10cm土壤层。研究结果表明,在杉木林采伐迹地上营造米老排后,显著提高了地上凋落物量和碳、氮储量。(2)在杉木林采伐迹地上营造米老排林后,显著提高了0-5和5-10cm土壤层全碳储量,而土壤全氮储量无显著变化。两个树种之间有机质输入的数量和质量差异是影响土壤碳储量的主要因素。米老排林地土壤中用冷水、热水和KC1溶液(密度为2mol/L)浸提的有机碳含量分别比杉木林高45.5%-77.2%、39.6%-66.9%和28.2%-42.2%。树种对土壤可溶性有机氮的影响局限于0-10cm土壤层。米老排林地土壤微生物生物量碳和轻组有机碳、氮含量均在0-5cm土壤层显著高于杉木林。研究结果表明,在杉木林采伐迹地上营造米老排后,增加了土壤活性有机质库,有助于提高土壤肥力。(3)米老排土壤呼吸速率变化范围为1.17～4.57μm01·m-2.s-1,杉木林土壤呼吸速率变化范围为0.84～3.66μmol·m-1·s-1。两个树种人工林土壤呼吸季节变化格局一致,均为夏季最高,冬季最低,季节变化明显。米老排土壤呼吸年通量为11.48tC·hm-2·a-1,是杉木林(9.12tC·hm-2·a-1)的1.3倍。米老排林地土壤呼吸速率的Q1o值为2.05,杉木林为2.12,表明杉木林土壤呼吸对土壤温度的变化更为敏感。土壤温度和土壤湿度能够共同解释米老排土壤呼吸速率变化的86.3%,解释杉木林土壤呼吸速率变化的91.1%。通过相关分析发现,土壤呼吸速率与年凋落物量、0-10cm土层细根生物量之间均呈显著正相关(P<0.05)。(4)在米老排和杉木人工林中,铵态氮(NH4+-N)是主要的矿质氮存在形式,占矿质氮总量的79.0%-98.9%。米老排林地土壤NH4+-N和硝态氮(N03–N)含量均显著低于杉木林(P<0.05)。通过培养实验发现,米老排土壤净硝化速率为0.01μg·g-1·d-1,显著低于杉木林(0.30gg·g-1·d-1)；米老排土壤潜在的净氮矿化速率(0.28μg·g-1·d-1)也显著低于杉木林(0.78μg·g-1·d-1)(P<0.05)。通过相关分析发现,土壤净氮矿化和净硝化速率与土壤pH值之间呈显著正相关,而与热水浸提的有机碳、氮和凋落物C/N比值均呈显著负相关。研究结果表明,树种之间土壤矿质氮库的差异与土壤pH值、易变性有机质、凋落物数量和质量有关。在杉木林采伐迹地上营造米老排林,有利于提高林地土壤的氮保留能力。(5)米老排林地土壤微生物生物量碳、氮含量均高于杉木林。两个树种之间凋落物量的差异是影响土壤微生物生物量的主要因素。两个树种人工林之间土壤微生物群落组成无显著差异,而树种对土壤磷脂脂肪酸标记物的含量具有显著影响。米老排林地土壤真菌、细菌和放线菌脂肪酸的含量均显著高于杉木林。米老排林地土壤微生物的革兰氏阳性和阴性细菌的比值(G+：G-)显著低于杉木林,而真菌与细菌比值(F：B)却显著高于杉木林。通过相关分析发现,土壤微生物群落与土壤pH之间呈显著负相关,而与热水浸提的有机质、凋落物量和C/N比值之间具有显著正相关性(P<0.05)。研究结果表明,树种通过凋落物数量和质量,土壤pH值以及易变性有机质来调控土壤微生物生物量和群落组成。
【作者】万晓华；
【导师】杨玉盛；黄志群；
【作者基本信息】福建师范大学，生态地理学，2013，硕士
【关键词】树种；土壤有机质；土壤呼吸；土壤微生物生物量和组成；土壤氮矿化；凋落物；根系；

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